БИОХИМИЯ - Л. Страйер - 1984

ТОМ 2

ЧАСТЬ II ГЕНЕРИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

ГЛАВА 18. РАЗРУШЕНИЕ АМИНОКИСЛОТ И ЦИКЛ МОЧЕВИНЫ

18.3. Серин и треонин могут дезаминироваться непосредственно

α-Аминогруппы серина и треонина могут непосредственно превращаться в NН₄, потому что в боковой цепи каждой из этих аминокислот имеется гидроксильная группа. Эти реакции прямого дезаминирования катализируются серин-дегидратазой и треонин-дегидратазой, простетической группой которых служит ПЛФ.

Серин + Пиру ват +NH₄⁺,

Треонин → α-Оксобутират + NН₄⁺.

Указанные ферменты названы дегидратазами, поскольку в катализируемых ими реакциях дезаминированию предшествует дегидратация. Серин теряет атом водорода при α-углероде и гидроксильную группу при β-углероде с образованием аминоакрилата. Это нестойкое соединение реагирует с Н₂O, давая пируват и NН₄⁺.

18.4. У большинства наземных позвоночных превращается в мочевину и в таком виде экскретируется

Часть NН₄⁺, образовавшегося при разрушении аминокислот, расходуется на биосинтез азотистых соединений. У большинства наземных позвоночных избыток NН₄⁺ превращается в мочевину и в таком виде выделяется из организма. У птиц и наземных пресмыкающихся NН₄⁺ превращается в мочевую кислоту, которая и выделяется из организма, тогда как у многих водных животных он экскретируется как таковой. Эти три группы организмов носят название уреотелических, урикотелических и аммонотелических.

Рис. 18.4. Цикл мочевины

У наземных позвоночных мочевина синтезируется в цикле мочевины. Эту последовательность реакций постулировали Ганс Кребс и Курт Гензеляйт (Hans Krebs, Kurt Henseleit) в 1932 г-за пять лет до открытия цикла трикарбоновых кислот. Цикл мочевины-в сущности первый обнаруженный циклический метаболический путь. Один из атомов азота мочевины, синтезируемой в этом цикле, происходит из аммиака, другой-из аспартата. Углеродный атом мочевины происходит из СO₂. Переносчиком этих атомов углерода и азота в цикле мочевины служит орнитин.

Непосредственным предшественником мочевины является аргинин, который гидролизуется аргиназой на мочевину и орнитин. В результате других реакций цикла мочевины происходит синтез аргинина из орнитина. Вначале имеет место перенос карбамоильной группы на орнитин с образованием цитруллина, катализируемый орнитин-карбамоилтрансферазой. Донором карбамоильной группы в этой реакции служит карбамоилфосфат, обладающий высоким потенциалом переноса благодаря наличию ангидридной связи.

Аргининосукцинат-синтетаза катализирует далее конденсацию цитруллина и аспарата. Этот синтез аргининосукцината запускается расщеплением АТР на АМР и пирофосфат и последующим гидролизом пирофосфата.

На последнем этапе аргининосукциназа расщепляет аргининосукцинат на аргинин и фумарат. Отметим, что в этих реакциях переноса аминогруппы аспартата с образованием аргинина углеродный скелет аспартата сохраняется.

Карбамоилфосфат синтезируется из NH₄⁺, СO₂, АТР и Н₂O в результате сложной реакции, катализируемой карбамоил- фосфат-синтазой. Необычным свойством этого фермента является потребность в N-ацетилглутамате для проявления его активности.

Потребление двух молекул АТР обусловливает фактическую необратимость синтеза карбамоил фосфата.

18.5. Цикл мочевины связан с циклом трикарбоновых кислот

Стехиометрия синтеза мочевины следующая:

СO₂ + NH₄ ⁺+ ЗАТР + Аспартат + 2Н₂O → Мочевина + 2ADP + 2 Pi + АМР + PP_i + Фумарат.

Пирофосфат бытро гидролизуется, и, таким образом, для синтеза одной молекулы мочевины используются четыре высокоэнергетические фосфатные связи. Важную роль в цикле мочевины играет синтез фумарата, поскольку он связывает между собой цикл мочевины и цикл трикарбоновых кислот (рис. 18.5). Фумарат гидратируется в малат, который в свою очередь окисляется в окса- лоацетат. Для этого промежуточного продукта, имеющего ключевое значение, существует несколько возможных путей превращения: 1) он может подвергаться трансами- нированию в аспартат; 2) он может превращаться в глюкозу по пути глюконеогенеза; 3) он может конденсироваться с ацетил- СоА, образуя цитрат.

Рис. 18.5. Цикл мочевины, цикл трикарбоновых кислот и трансами- нирование оксалоацетата связаны между собой через фумарат и аспартат

Примечательна также компартментация цикла мочевины и связанных с ним реакций. Образование под действием глутаматдегидрогеназы, его включение в карбамоилфосфат и последующий синтез цитруллина происходят в митохондриальном матриксе. В отличие от них следующие три реакции цикла мочевины, приводящие к образованию мочевины, протекают в цитозоле.